KR20100114187A - Apparatus and method for plasma ion doping - Google Patents

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윤종원
박찬석
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엘아이지에이디피 주식회사
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Abstract

PURPOSE: An apparatus and a method for plasma ion doping are provided to stably perform doping by applying a clamping pulse and an insertion pulse alternately. CONSTITUTION: An apparatus and a method for plasma ion doping include a processing chamber(10), a source, platen(12), an electrode(16), and an injection pulse. The source generates plasma in the processing chamber. A platen supports the substrate within the processing chamber. The electrode is installed in the platen and clamps the substrate by a clamping pulse supplied from the outside. The injection pulse applies injection pulse to accelerate ions in the plasma toward the substrate.

Description

플라즈마 이온 도핑 장치 및 플라즈마 이온 도핑 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PLASMA ION DOPING}Plasma ion doping apparatus and plasma ion doping method {APPARATUS AND METHOD FOR PLASMA ION DOPING}

본 발명은 플라즈마 이온 도핑 장치 및 플라즈마 이온 도핑 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 클램핑 펄스와 주입펄스를 교대로 인가하는 플라즈마 이온 도핑 장치 및 플라즈마 이온 도핑 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma ion doping apparatus and a plasma ion doping method, and more particularly, to a plasma ion doping apparatus and a plasma ion doping method for alternately applying a clamping pulse and an injection pulse.

이온 주입은 반도체 웨이퍼 내로 전도도-변화 불순물(conductivity-altering impurity)을 유입시키는 표준형 기술이다. 종래의 빔라인 이온 주입 시스템(beamline ion implantation system)에서, 원하는 불순물 재료가 이온 공급원 내에서 이온화되며, 이온은 규정된 에너지의 이온 빔을 형성하기 위해 가속되며, 이온 빔은 웨이퍼의 표면에서 유도된다. 빔 내의 에너지가 충만한 이온이 반도체 재료의 벌크 내로 관통하고 반도체 재료의 결정 격자 내로 꽂히고 그에 의해 원하는 전도도의 영역을 형성한다.Ion implantation is a standard technique for introducing conductivity-altering impurity into semiconductor wafers. In conventional beamline ion implantation systems, the desired impurity material is ionized in an ion source, ions are accelerated to form an ion beam of defined energy, and the ion beam is directed at the surface of the wafer. Energy-filled ions in the beam penetrate into the bulk of the semiconductor material and plug into the crystal lattice of the semiconductor material, thereby forming regions of desired conductivity.

반도체 산업에서의 주지된 경향이 소형 고속 소자이다. 특히, 반도체 소자 내의 특징부의 측면 방향 치수 및 깊이의 양쪽 모두가 감소하고 있다. 도펀트 재료(dopant material)의 주입 깊이는 반도체 웨이퍼 내로 주입되는 이온의 에너지에 의해 적어도 부분적으로 결정된다. 빔라인 이온 주입기는 전형적으로 비교적 높은 주입 에너지에서 효율적인 동작을 위해 설계되고 얕은 접합 주입(shallow junction implantation)을 위해 요구되는 낮은 에너지에서 효율적으로 기능하지 못할 수 있다.A well-known trend in the semiconductor industry is small high speed devices. In particular, both the lateral dimension and the depth of the features in the semiconductor device are decreasing. The implant depth of the dopant material is determined at least in part by the energy of the ions implanted into the semiconductor wafer. Beamline ion implanters are typically designed for efficient operation at relatively high implantation energies and may not function efficiently at the low energies required for shallow junction implantation.

반도체 웨이퍼 내에 얕은 접합(shallow junctions)을 형성시키기 위해, 그리고 고전류 및 상대적으로 낮은 에너지의 이온들이 요구되는 다른 응용 분야에 사용하기 위해 플라즈마 도핑 시스템(plasma doping system)이 연구되어 왔다. 플라즈마 도핑 시스템에서, 반도체 웨이퍼가 음극(cathode)으로 기능하고 공정 챔버 내에 위치되는 전도성 플래튼(conductive platen) 상에 위치된다. 원하는 도펀트(dopant) 재료를 함유하는 이온화 가능한 공정 가스가 공정 챔버 내로 유입되며, 전압 펄스가 플래튼과 양극 또는 챔버 벽 사이에 인가되고, 그에 의해 웨이퍼의 부근에서 플라즈마 쉬스(plasma sheath)를 갖는 플라즈마의 형성을 유발시킨다. 인가된 펄스는 플라즈마 내의 이온이 플라즈마 쉬스를 횡단하게 하고 웨이퍼 내로 주입되게 한다. 주입의 깊이는 웨이퍼와 양극 사이에 인가된 전압과 관련된다. 매우 낮은 주입 에너지가 성취될 수 있다.Plasma doping systems have been studied for forming shallow junctions in semiconductor wafers and for other applications where high current and relatively low energy ions are required. In a plasma doping system, a semiconductor wafer is placed on a conductive platen that functions as a cathode and is located in a process chamber. An ionizable process gas containing the desired dopant material is introduced into the process chamber, a voltage pulse is applied between the platen and the anode or chamber wall, whereby a plasma with a plasma sheath in the vicinity of the wafer Causes the formation of. The applied pulse causes ions in the plasma to cross the plasma sheath and be implanted into the wafer. The depth of implantation is related to the voltage applied between the wafer and the anode. Very low implantation energy can be achieved.

전술된 플라즈마 도핑 시스템에서, 인가된 전압 펄스는 플라즈마를 발생시키고 플라즈마로부터 웨이퍼를 향해 양이온을 가속시킨다. 플라즈마 잠입 시스템(plasma immersion system)으로서 알려져 있는 다른 형태의 플라즈마 시스템에서, 연속형 또는 펄스형 RF 에너지가 공정 챔버에 인가되고(예를 들면 유도결합된 RF 파워에 의해 내부 또는 외부에 위치한 안테나로부터 공정챔버에 인가되며, 안테 나는 RF 파워에 연결됨), 그에 의해 연속형 또는 펄스형 플라즈마를 생성시킨다. 어떤 간격으로, RF 펄스와 동기화될 수 있는 음전압 펄스가 플래튼과 양극 사이에 인가되고, 그에 의해 플라즈마 내의 양이온이 웨이퍼를 향해 가속되게 한다.In the plasma doping system described above, an applied voltage pulse generates a plasma and accelerates cations from the plasma toward the wafer. In another form of plasma system, known as a plasma immersion system, continuous or pulsed RF energy is applied to a process chamber (eg from an antenna located internally or externally by inductively coupled RF power). Applied to the chamber, the antenna being coupled to RF power), thereby creating a continuous or pulsed plasma. At some interval, a negative voltage pulse, which can be synchronized with the RF pulse, is applied between the platen and the anode, thereby causing positive ions in the plasma to be accelerated toward the wafer.

일반적으로, 플라즈마 도핑 시스템은 빔 라인 이온 주입 시스템보다 낮은 에너지에서 높은 전류를 전달한다. 그럼에도 불구하고, 주입 시간을 감소시키고 이에 따라 산출량(throughput)을 증가시키기 위해서는 이온 전류를 증가시키는 것이 바람직하다. 플라즈마 도핑 시스템에 있어서 이온 전류는 플라즈마 밀도의 함수라는 것이 알려져 있다. 또한 플라즈마 도핑 챔버 내의 도펀트 가스 압력을 증가시킴으로써 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다는 것도 알려져 있다. 그러나 증가된 가스 압력은 플라즈마 도핑 챔버 내의 아킹(arcing)의 위험을 증가시킨다.In general, plasma doping systems deliver higher currents at lower energy than beamline ion implantation systems. Nevertheless, it is desirable to increase the ion current in order to reduce the injection time and thus increase the throughput. In plasma doping systems it is known that ion current is a function of plasma density. It is also known that the plasma density can be increased by increasing the dopant gas pressure in the plasma doping chamber. However, increased gas pressure increases the risk of arcing in the plasma doping chamber.

본 발명의 목적은 도핑 공정을 안정적으로 진행할 수 있는 플라즈마 이온 도핑 장치 및 플라즈마 이온 도핑 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a plasma ion doping apparatus and a plasma ion doping method capable of stably proceeding a doping process.

본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.Other objects of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.

본 발명에 의하면, 플라즈마 이온 도핑 장치는 공정챔버; 상기 공정챔버 내에 플라즈마를 생성하는 소스; 상기 공정챔버 내에 기판을 지지하는 플레이튼(platen); 상기 플레이튼 내에 설치되며, 외부로부터 인가된 클램핑 펄스에 의해 상기 기판을 클램핑하는 전극; 그리고 주입펄스를 인가하여 상기 플라즈마 내의 이온들을 상기 기판을 향하여 가속시키는 주입펄스소스를 포함하되, 상기 클램핑 펄스 및 상기 주입펄스는 교대로 인가되는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the plasma ion doping apparatus comprises: a process chamber; A source for generating plasma in said process chamber; A platen supporting the substrate in the process chamber; An electrode installed in the platen and clamping the substrate by a clamping pulse applied from the outside; And an injection pulse source for applying an injection pulse to accelerate the ions in the plasma toward the substrate, wherein the clamping pulse and the injection pulse are alternately applied.

이때, 상기 클램핑 펄스는 상기 주입펄스가 0 일때 인가될 수 있다.In this case, the clamping pulse may be applied when the injection pulse is zero.

상기 플라즈마 이온 도핑 장치는 상기 플레이튼에 형성된 관통홀을 통해 상기 기판에 접촉하는 복수의 도전성 핀들을 더 포함하며, 상기 주입펄스소스는 상기 주입펄스를 상기 도전성 핀들에 인가할 수 있다.The plasma ion doping apparatus may further include a plurality of conductive pins contacting the substrate through a through hole formed in the platen, and the injection pulse source may apply the injection pulse to the conductive pins.

상기 플라즈마 이온 도핑 장치는 상기 주입펄스와 상기 클램핑 펄스를 동기화하는 동기화 장치를 더 포함할 수 있다.The plasma ion doping apparatus may further include a synchronization device for synchronizing the injection pulse and the clamping pulse.

본 발명에 의하면, 플라즈마 이온 도핑 방법은 공정챔버 내에 플라즈마를 생 성하는 단계; 상기 공정챔버 내의 플레이튼 위에 기판을 지지하는 단계; 상기 플레이튼 내에 설치된 전극에 클램핑 펄스를 인가하여 상기 기판을 클램핑하는 단계; 그리고 주입펄스를 인가하여 상기 플라즈마로부터 상기 기판으로 이온들을 가속시키는 단계를 포함하되, 상기 클램핑 펄스 및 상기 주입펄스는 교대로 인가된다.According to the invention, the plasma ion doping method comprises the steps of generating a plasma in the process chamber; Supporting a substrate over a platen in the process chamber; Clamping the substrate by applying a clamping pulse to an electrode installed in the platen; And applying an injection pulse to accelerate ions from the plasma to the substrate, wherein the clamping pulse and the injection pulse are alternately applied.

본 발명에 의하면 도핑 공정을 안정적으로 진행할 수 있다.According to the present invention, the doping process can be stably performed.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 4를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 1 to 4. The embodiments of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments are provided to explain the present invention to a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Accordingly, the shape of each element shown in the drawings may be exaggerated to emphasize a more clear description.

이하에서는 웨이퍼를 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명의 기술적 사상과 범위는 이에 한정되지 않는다. 한편, 명세서 내용 중 "포함하는", "구비하는", "갖는", "함유하는", "수반하는", 그리고 이와 동등한 의미를 가지는 단어는 기재된 항목과 그 등가물 뿐만 아니라 추가적인 항목도 포함하는 것으로 해석된다.Hereinafter, a wafer is described as an example, but the spirit and scope of the present invention are not limited thereto. Meanwhile, the words "comprising", "including", "having", "having", "comprising", and "accompanied" in the specification are intended to include additional items as well as the listed items and their equivalents. Interpreted

도 1은 일반적인 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 기판 처리 장치는 복수의 로드포트들(loadports)(60)과 프레임(frame)(50)을 가진다. 프레 임(50)은 로드포트(60)와 로드록 챔버(20) 사이에 위치한다. 웨이퍼(W)를 수용하는 용기는 오버헤드 트랜스퍼(overhead transfer), 오버헤드 컨베이어(overhead conveyor), 또는 자동 안내 차량(automatic guided vehicle)과 같은 이송 수단(도시안됨)에 의해 로드포트(60) 상에 놓여진다. 용기는 전면 개방 일체식 포드(Front Open Unified Pod:FOUP)와 같은 밀폐용 용기가 사용될 수 있다. 프레임(50) 내에는 로드포트(60)에 놓여진 용기와 로드록 챔버(20) 간에 웨이퍼(W)를 이송하는 프레임 로봇(70)이 설치된다. 프레임(50) 내에는 용기의 도어를 자동으로 개폐하는 도어 오프너(도시안됨)가 설치될 수 있다. 또한, 프레임(50)에는 청정 공기가 프레임(50) 내 상부에서 하부로 흐르도록 청정 공기를 프레임(50) 내로 공급하는 팬필터 유닛(Fan Filter Unit:FFU)(도시안됨)이 제공될 수 있다. 프레임(50) 및 로드포트(60), 그리고 프레임 로봇(70)을 포함하여 설비 전방 단부 모듈(Equipment Front End Module:EFEM)이라고 하며, 설비 전방 단부 모듈은 로드록 챔버(20)의 전방에 장착되어, 웨이퍼들(W)이 수용된 용기(도시안됨)와 로드록 챔버(20) 간에 웨이퍼(W)를 이송한다.1 is a view schematically showing a general substrate processing apparatus. The substrate processing apparatus has a plurality of loadports 60 and a frame 50. Frame 50 is located between load port 60 and load lock chamber 20. The container containing the wafer W is placed on the load port 60 by a transfer means (not shown), such as an overhead transfer, an overhead conveyor, or an automatic guided vehicle. Is put on. The container may be a closed container such as a front open unified pod (FOUP). In the frame 50, a frame robot 70 for transferring the wafer W is installed between the container placed in the load port 60 and the load lock chamber 20. In the frame 50, a door opener (not shown) for automatically opening and closing the door of the container may be installed. In addition, the frame 50 may be provided with a fan filter unit (FFU) (not shown) for supplying clean air into the frame 50 so that clean air flows from the top to the bottom in the frame 50. . The equipment front end module (EFEM), including the frame 50 and the load port 60, and the frame robot 70, is mounted in front of the load lock chamber 20. Thus, the wafer W is transferred between the vessel (not shown) in which the wafers W are accommodated and the load lock chamber 20.

또한, 기판처리장치는 로드록 챔버(loadlock chamber)(20), 트랜스퍼 챔버(transfer chamber)(30), 그리고 공정챔버(process chamber)(10)를 가진다. 트랜스퍼 챔버(30)는 상부에서 바라볼 때 대체로 다각의 형상을 가진다. 트랜스퍼 챔버(30)의 측면에는 로드록 챔버(20) 또는 공정챔버(10)가 위치된다. 로드록 챔버(20)는 트랜스퍼 챔버(30)의 측부들 중 프레임(50)과 인접한 측부에 위치되고, 공정챔버(10)는 다른 측부에 위치된다. 로드록 챔버(20)는 공정 진행을 위해 유입된 웨이퍼들(W)이 일시적으로 머무르는 로딩 챔버와 공정이 완료되어 유출되는 웨이퍼들(W)이 일시적으로 머무르는 언로딩 챔버를 가진다. 트랜스퍼 챔버(30) 및 공정챔버(10) 내부는 진공으로 유지되고, 로드록 챔버(20) 내부는 진공 및 대기압으로 전환된다. 로드록 챔버(20)는 외부 오염물질이 트랜스퍼 챔버(30) 및 공정챔버(10)로 유입되는 것을 방지한다. 로드록 챔버(20)와 트랜스퍼 챔버(30) 사이, 그리고 로드록 챔버(20)와 설비 전방 단부 모듈(3) 사이에는 게이트 밸브(도시안됨)가 설치된다. 프레임(50)과 로드록 챔버(20) 간에 웨이퍼(W)가 이동하는 경우, 로드록 챔버(20)와 트랜스퍼 챔버(30) 사이에 제공된 게이트 밸브가 닫히고, 로드록 챔버(20)와 트랜스퍼 챔버(30) 간에 웨이퍼(W)가 이동되는 경우, 로드록 챔버(20)와 프레임(50) 사이에 제공되는 게이트 밸브가 닫힌다.The substrate processing apparatus also has a loadlock chamber 20, a transfer chamber 30, and a process chamber 10. The transfer chamber 30 has a generally polygonal shape when viewed from the top. The load lock chamber 20 or the process chamber 10 is located at the side of the transfer chamber 30. The load lock chamber 20 is located on the side adjacent to the frame 50 of the sides of the transfer chamber 30, the process chamber 10 is located on the other side. The load lock chamber 20 has a loading chamber in which the wafers W introduced temporarily for processing continue and an unloading chamber in which the wafers W flowing out after the process is completed temporarily stay. The interior of the transfer chamber 30 and the process chamber 10 is maintained at a vacuum, and the interior of the load lock chamber 20 is converted to a vacuum and atmospheric pressure. The load lock chamber 20 prevents foreign contaminants from entering the transfer chamber 30 and the process chamber 10. A gate valve (not shown) is installed between the load lock chamber 20 and the transfer chamber 30 and between the load lock chamber 20 and the facility front end module 3. When the wafer W moves between the frame 50 and the load lock chamber 20, the gate valve provided between the load lock chamber 20 and the transfer chamber 30 is closed, and the load lock chamber 20 and the transfer chamber are closed. When the wafer W is moved between the 30, the gate valve provided between the load lock chamber 20 and the frame 50 is closed.

트랜스퍼 챔버(30) 내에는 이송 로봇(40)이 장착된다. 이송 로봇(40)은 공정챔버(10)로 웨이퍼(W)를 로딩하거나 공정챔버(10)로부터 웨이퍼(W)를 언로딩한다. 또한, 이송 로봇(40)은 공정챔버(10)와 로드록 챔버(20) 간에 웨이퍼(W)를 이송한다.The transfer robot 40 is mounted in the transfer chamber 30. The transfer robot 40 loads the wafer W into the process chamber 10 or unloads the wafer W from the process chamber 10. In addition, the transfer robot 40 transfers the wafer W between the process chamber 10 and the load lock chamber 20.

공정챔버(10)는 웨이퍼(W)에 대하여 소정의 공정을 수행한다. 한편, 공정챔버(10)의 일측에는 버퍼챔버(10a)가 위치하며, 버퍼챔버(10a)는 트랜스퍼 챔버(30)와 연결된다. 버퍼챔버(10a)는 공정챔버(10)의 사용이 곤란한 경우(예를 들어, 유지보수)를 대비하기 위해 제공된다.The process chamber 10 performs a predetermined process on the wafer (W). Meanwhile, a buffer chamber 10a is positioned at one side of the process chamber 10, and the buffer chamber 10a is connected to the transfer chamber 30. The buffer chamber 10a is provided in case the use of the process chamber 10 is difficult (for example, maintenance).

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 이온 도핑 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 공정챔버(10)는 밀폐된 공간(11)을 정의한다. 공정챔버(10) 내에 위치한 플레이튼(12)은 반도체 웨이퍼(W)와 같은 기판이 놓여지기 위한 평면을 제공한다. 웨이퍼(W)는, 예를 들면, 플레이튼(12)의 평면부 가장자리에 클램프(clamp)되거나 혹은 정전기적으로 클램프 될 수 있다. 하나의 구성으로서, 플레이튼(12)은 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 도전성 평면을 가진다. 부가적으로, 플레이튼(12)은 웨이퍼/기판 온도를 조절하기 위한 가열/냉각 시스템을 구비한다.2 is a view schematically showing a plasma ion doping apparatus according to the present invention. The process chamber 10 defines an enclosed space 11. The platen 12 located within the process chamber 10 provides a plane for placing a substrate, such as a semiconductor wafer W. The wafer W may, for example, be clamped or electrostatically clamped to the flat edge of the platen 12. In one configuration, the platen 12 has a conductive plane for supporting the wafer W. As shown in FIG. Additionally, the platen 12 has a heating / cooling system for adjusting the wafer / substrate temperature.

공정챔버(10)의 밀폐된 공간(11)은 컨트롤 밸브(32)를 통해 진공펌프(34)에 연결되며, 공정 가스 소스(36)가 유량 컨트롤러(38)를 통해서 공정챔버(10)에 연결된다. 공정챔버(10) 내에 위치한 압력 센서(44)는 공정챔버(10) 내부의 압력을 신호로 변환하여 컨트롤러(46)에 제공한다. 컨트롤러(46)는 감지된 압력을 목표하는 압력 입력치와 비교하여 제어 신호를 밸브(32) 또는 유량 컨트롤러(38)에 제공한다. 제어 신호는 밸브(32) 또는 유량 컨트롤러(38)를 제어하여 감지된 압력과 목표압력 사이의 차이를 최소화한다. 진공 펌프(34), 밸브(32), 유량 컨트롤러(38), 압력 센서(44) 및 컨트롤러(46)는 폐쇄 회로 압력 제어 시스템을 구성한다. 압력은 일반적으로 약 1mTorr 내지 약 500mTorr의 범위에서 제어되지만, 이 범위에 제한되지 않는다. 가스 소스(36)는 대상물에 주입하기 위해 원하는 도펀트(dopant)를 포함하는 이온화 가능한 가스를 공급한다. 이온화 가능한 가스들의 예로서, BF3, N2, Ar, PH3, AsH3, AsF5, PF3, Xe 및 B2H6 등을 들 수 있다. 유량 컨트롤러(38)는 가스가 공정챔버(10)로 공급되는 속도를 조절한다. 도 2에 도시한 구성은 원하는 유속 및 일정한 압력 하에서 공정가스가 연속적으로 흐를 수 있도록 한다. 압력 및 가스 유속은 바람직하게는 반복적인 결과들을 제공하도록 조절된다. 다른 실시예에 따르면, 상기 가스의 흐름은, 밸브(32)를 고정된 위치에 유지시키는 동안, 컨트롤러(42)에 의해 제어되는 밸브를 사용하여 조절될 수 있다. 이러한 구성은 업스트림(upstream) 압력 제어로 불린다. 이밖에도, 가스 압력을 조절하기 위하여 또 다른 구성들이 사용될 수 있다.The enclosed space 11 of the process chamber 10 is connected to the vacuum pump 34 via a control valve 32, and the process gas source 36 is connected to the process chamber 10 through the flow controller 38. do. The pressure sensor 44 located in the process chamber 10 converts the pressure inside the process chamber 10 into a signal and provides the signal to the controller 46. The controller 46 provides a control signal to the valve 32 or the flow controller 38 by comparing the sensed pressure with a desired pressure input. The control signal controls the valve 32 or the flow controller 38 to minimize the difference between the sensed pressure and the target pressure. The vacuum pump 34, the valve 32, the flow controller 38, the pressure sensor 44 and the controller 46 constitute a closed circuit pressure control system. The pressure is generally controlled in the range of about 1 mTorr to about 500 mTorr, but is not limited to this range. Gas source 36 supplies an ionizable gas containing the desired dopant for injection into the object. Examples of ionizable gases include BF 3 , N 2 , Ar, PH 3 , AsH 3 , AsF 5 , PF 3 , Xe and B 2 H 6 , and the like. The flow rate controller 38 adjusts the speed at which gas is supplied to the process chamber 10. The configuration shown in FIG. 2 allows the process gas to flow continuously under the desired flow rate and constant pressure. The pressure and gas flow rate are preferably adjusted to provide repeatable results. According to another embodiment, the gas flow can be regulated using a valve controlled by the controller 42 while keeping the valve 32 in a fixed position. This configuration is called upstream pressure control. In addition, other configurations can be used to regulate the gas pressure.

공정챔버(10)의 상부에는 안테나(14)가 설치되며, 안테나(14)는 정합기(15)를 통해 고주파 전원(RF generator)에 연결된다. 정합기(15)는 임피던스 정합(impedence matching)을 위해 제공된다. 고주파 전원은 연속적이거나 펄스된 고주파 에너지를 안테나(14)에 제공한다.An antenna 14 is installed on the upper portion of the process chamber 10, and the antenna 14 is connected to a high frequency power source (RF generator) through a matcher 15. The matcher 15 is provided for impedance matching. The high frequency power source provides continuous or pulsed high frequency energy to the antenna 14.

도 3은 도전성 핀 및 전극에 각각 연결된 고전압소스 및 직류소스를 나타내는 도면이며, 도 4는 도전성 핀 및 전극에 각각 인가되는 펄스를 나타내는 그래프이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 플레이튼(12)은 웨이퍼(W)를 플레이튼(12) 상에 고정하기 위한 전극(16) 및 웨이퍼(W)에 연결하기 위한 도전성 핀들(22)을 포함한다. 전극(16)은 외부로부터 인가된 전류에 의해 정전기력을 발생시키며, 정전기력 을 이용하여 웨이퍼(W)를 플레이튼(12) 상에 고정한다. 정전기력을 이용하여 웨이퍼(W)를 고정하는 플레이튼(12)은 정전척(Elecrostatic Chuck:ESC)이라는 명칭으로 공지되어 있다. 정전척은 외부로부터 인가된 '+','-' 전류가 인가되면, 대상물에 반대의 전위('-','+')가 대전되며, 대전된 전위에 의하여 서로 끌어당기는 힘이 발생한다.3 is a diagram showing a high voltage source and a direct current source connected to the conductive pin and the electrode, respectively, and FIG. 4 is a graph showing the pulses applied to the conductive pin and the electrode, respectively. As shown in FIG. 3, the platen 12 includes electrodes 16 for securing the wafer W on the platen 12 and conductive pins 22 for connecting to the wafer W. As shown in FIG. . Electrode 16 generates an electrostatic force by the current applied from the outside, and uses the electrostatic force to fix the wafer (W) on the platen (12). The platen 12 for fixing the wafer W using an electrostatic force is known as an electrostatic chuck (ESC). When the '+', '-' current applied from the outside is applied to the electrostatic chuck, opposite potentials ('-', '+') are charged to the object, and a force attracting each other is generated by the charged potential.

전극(16)은 직류(DC) 소스(30)에 연결되며, 도전성 핀(22)은 고전압(HV) 소스(20)(또는 주입펄스소스)에 연결된다. 도전성 핀(22)에 연결된 웨이퍼(W)는 음극으로 기능하며, 도 4에 도시한 바와 같이, 고전압 소스(20)는 음의 주입펄스(-VI)를 인가한다. 마찬가지로, 도 4에 도시한 바와 같이, 직류 소스(30)는 전극(16)에 '+' 전류의 클램핑 펄스(+V1) 또는 '-' 전류의 클램핑 펄스(-V2)를 인가한다.The electrode 16 is connected to a direct current (DC) source 30 and the conductive pin 22 is connected to a high voltage (HV) source 20 (or an injection pulse source). The wafer W connected to the conductive pin 22 functions as a cathode, and as shown in FIG. 4, the high voltage source 20 applies a negative injection pulse (-V I ). Similarly, as shown in FIG. 4, the DC source 30 applies a clamping pulse (+ V 1 ) of '+' current or a clamping pulse (−V 2 ) of '-' current to the electrode 16.

주입펄스는 음의 진폭(-VI)을 가지며, 후술하는 바와 같이, 플라즈마 내의 이온들을 잡아당겨 이온들이 웨이퍼(W) 내에 주입될 수 있도록 한다. 웨이퍼(W)에 주입되는 이온들의 에너지는 주입펄스(-VI)의 크기에 따라 결정된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 주입펄스(-VI)는 동일한 펄스 폭 및 동일한 펄스 반복률을 갖는다. 다른 실시예로서, 주입펄스(-VI)는 다른 펄스폭을 가질 수도 있다.The implant pulse has a negative amplitude (-V I ), and as described below, pulls ions in the plasma so that the ions can be implanted into the wafer (W). The energy of ions implanted in the wafer W is determined by the size of the implantation pulse (-V I ). As shown in FIG. 4, the injection pulse (-V I ) has the same pulse width and the same pulse repetition rate. In another embodiment, the injection pulse (-V I ) may have another pulse width.

도 4를 살펴보면, 클램핑 펄스(+V1,-V2)는 주입펄스값이 0일 때(다시 말해, 주입펄스가 인가되지 않을 때) 인가되며, 주입펄스값이 -VI 일 때 클램핑 펄스(+V1,-V2)는 0을 나타낸다(다시 말해, 인가되지 않는다). 다시 정리하면, 클램핑 펄스(+V1,-V2)와 주입펄스(-VI)는 교대로 인가되며, 둘 중 어느 하나가 인가될 때 다른 하나는 인가되지 않는다. 따라서, 클램핑 펄스(+V1,-V2)가 주입펄스(-VI)에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인해 불균일한 불순물 영역이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 마찬가지로, 주입펄스(-VI)가 클램핑 펄스(+V1,-V2)에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인해 웨이퍼(W)를 플레이튼(12) 상에 안정적으로 고정할 수 있다.Referring to FIG. 4, the clamping pulses (+ V 1 and -V 2 ) are applied when the injection pulse value is 0 (that is, when no injection pulse is applied), and the clamping pulse when the injection pulse value is -V I. (+ V 1 , -V 2 ) represents 0 (ie not applied). In other words, the clamping pulses (+ V 1 , -V 2 ) and the injection pulse (-V I ) are applied alternately, and when one of them is applied, the other is not applied. Therefore, it is possible to prevent the clamping pulses (+ V 1 , -V 2 ) from affecting the injection pulse (-V I ), thereby preventing the formation of non-uniform impurity regions. Similarly, it is possible to prevent the injection pulse (-V I ) from affecting the clamping pulses (+ V 1 , -V 2 ), thereby stably fixing the wafer W on the platen 12. have.

이하, 플라즈마 이온 도핑 메커니즘에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the plasma ion doping mechanism will be described.

동작시에, 웨이퍼(W)는 플레이튼(12) 상에 위치한다. 직류소스(30)는 클램핑 펄스(+V1,-V2)를 전극(16)에 인가하며, 전극(16)은 정전기력을 이용하여 웨이퍼(W)를 플레이튼(14) 상에 고정한다.In operation, the wafer W is located on the platen 12. The DC source 30 applies clamping pulses (+ V 1 , -V 2 ) to the electrode 16, and the electrode 16 fixes the wafer W on the platen 14 by using electrostatic force.

상기 압력 제어 시스템, 유량 컨트롤러(38) 및 가스 소스(36)는 공정챔버(10) 내에 원하는 압력 및 가스 유속을 형성한다. 예를 들어, 공정챔버(10)는 10mTorr의 압력에서 BF3 가스로 동작할 수 있다. 안테나(14)는 공간(11) 내에 고주파 에너지를 인가하며, 웨이퍼(W) 상부의 플라즈마 방전영역 내에 플라즈마가 형성 되도록 한다. 플라즈마는 도펀트 가스의 양이온들을 포함하며, 가장자리에, 일반적으로는 웨이퍼(W)의 표면에 플라즈마 쉬스를 가진다. 고전압소스(20)로부터 도전성 핀(22)에 인가된 주입펄스는 양이온들을 플레이튼(12)을 향하여 가속시킨다. 즉, 플라즈마 내의 양이온들은 가속되어 웨이퍼(W)로 주입되고 불순물 영역을 형성한다. 이때, 주입펄스의 전압은 양이온들을 웨이퍼(W)에 원하는 깊이로 주입시키기 위해 선택될 수 있다. 주입펄스의 횟수 및 펄스 지속 시간은 웨이퍼(W) 내의 불순물 영역을 원하는 선량으로 공급하기 위해 선택된다. 상기 펄스당 전류는 펄스 전압, 펄스 폭, 펄스 진동수, 가스압력과 종류 및 상기 전극들의 가변 위치 등의 함수이다.The pressure control system, flow controller 38 and gas source 36 form a desired pressure and gas flow rate in the process chamber 10. For example, process chamber 10 may operate with BF 3 gas at a pressure of 10 mTorr. The antenna 14 applies high frequency energy in the space 11 and allows plasma to be formed in the plasma discharge region on the wafer W. The plasma contains the cations of the dopant gas and has a plasma sheath at the edge, generally on the surface of the wafer (W). The injection pulse applied from the high voltage source 20 to the conductive pin 22 accelerates the cations toward the platen 12. That is, the cations in the plasma are accelerated to be injected into the wafer W and form impurity regions. At this time, the voltage of the injection pulse may be selected to inject the positive ions into the wafer (W) to a desired depth. The number of injection pulses and the pulse duration are selected to supply the impurity regions in the wafer W at a desired dose. The current per pulse is a function of pulse voltage, pulse width, pulse frequency, gas pressure and type, and variable positions of the electrodes.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 클램핑 펄스(+V1,-V2)와 주입펄스(-VI)는 교대로 인가되며, 둘 중 어느 하나가 인가될 때 다른 하나는 인가되지 않는다. 동기화 장치(40)는 클램핑 펄스(+V1,-V2)와 주입펄스(-VI)를 시간에 따라 동기화되도록(synchronized) 한다.Meanwhile, as described above, the clamping pulses (+ V 1 , -V 2 ) and the injection pulse (-V I ) are alternately applied, and when one of them is applied, the other is not applied. The synchronizing device 40 synchronizes the clamping pulses (+ V 1 , -V 2 ) and the injection pulse (-V I ) with time.

본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.Although the present invention has been described in detail by way of preferred embodiments thereof, other forms of embodiment are possible. Therefore, the technical idea and scope of the claims set forth below are not limited to the preferred embodiments.

도 1은 일반적인 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a view schematically showing a general substrate processing apparatus.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 이온 도핑 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.2 is a view schematically showing a plasma ion doping apparatus according to the present invention.

도 3은 도전성 핀 및 전극에 각각 연결된 고전압소스 및 직류소스를 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a high voltage source and a direct current source connected to conductive pins and electrodes, respectively.

도 4는 도전성 핀 및 전극에 각각 인가되는 펄스를 나타내는 그래프이다.4 is a graph illustrating pulses applied to conductive pins and electrodes, respectively.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

10 : 공정챔버 12 : 플레이튼10: process chamber 12: platen

14 : 안테나 16 : 전극14 antenna 16 electrode

20 : 고전압소스 22 : 도전성 핀20: high voltage source 22: conductive pin

30 : 직류소스 40 : 동기화장치30: DC source 40: synchronization device

Claims (6)

공정챔버;Process chamber; 상기 공정챔버 내에 플라즈마를 생성하는 소스;A source for generating plasma in said process chamber; 상기 공정챔버 내에 기판을 지지하는 플레이튼(platen);A platen supporting the substrate in the process chamber; 상기 플레이튼 내에 설치되며, 외부로부터 인가된 클램핑 펄스에 의해 상기 기판을 클램핑하는 전극; 및An electrode installed in the platen and clamping the substrate by a clamping pulse applied from the outside; And 주입펄스를 인가하여 상기 플라즈마 내의 이온들을 상기 기판을 향하여 가속시키는 주입펄스소스를 포함하되,An injection pulse source for applying an injection pulse to accelerate ions in the plasma toward the substrate, 상기 클램핑 펄스 및 상기 주입펄스는 교대로 인가되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 도핑 장치.And the clamping pulse and the injection pulse are alternately applied. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 클램핑 펄스는 상기 주입펄스가 0 일때 인가되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 도핑 장치.The clamping pulse is applied when the injection pulse is zero. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 플라즈마 이온 도핑 장치는 상기 플레이튼에 형성된 관통홀을 통해 상기 기판에 접촉하는 복수의 도전성 핀들을 더 포함하며,The plasma ion doping apparatus further includes a plurality of conductive pins contacting the substrate through a through hole formed in the platen, 상기 주입펄스소스는 상기 주입펄스를 상기 도전성 핀들에 인가하는 것을 특 징으로 하는 플라즈마 이온 도핑 장치.The injection pulse source is plasma ion doping apparatus characterized in that for applying the injection pulse to the conductive pins. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 플라즈마 이온 도핑 장치는 상기 주입펄스와 상기 클램핑 펄스를 동기화하는 동기화 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 도핑 장치.The plasma ion doping apparatus further comprises a synchronization device for synchronizing the injection pulse and the clamping pulse. 공정챔버 내에 플라즈마를 생성하는 단계;Generating a plasma in the process chamber; 상기 공정챔버 내의 플레이튼 위에 기판을 지지하는 단계;Supporting a substrate over a platen in the process chamber; 상기 플레이튼 내에 설치된 전극에 클램핑 펄스를 인가하여 상기 기판을 클램핑하는 단계; 및Clamping the substrate by applying a clamping pulse to an electrode installed in the platen; And 주입펄스를 인가하여 상기 플라즈마로부터 상기 기판으로 이온들을 가속시키는 단계를 포함하되,Applying an injection pulse to accelerate ions from the plasma to the substrate, 상기 클램핑 펄스 및 상기 주입펄스는 교대로 인가되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 도핑 방법.And the clamping pulse and the injection pulse are alternately applied. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 주입펄스가 0 일때 상기 클램핑 펄스가 인가되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온 도핑 방법.And the clamping pulse is applied when the injection pulse is zero.
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